CH701954B1

CH701954B1 - Body of an exhaust diffuser for a gas turbine system.

Info

Publication number: CH701954B1
Application number: CH01654/10A
Authority: CH
Inventors: Deepesh Dinesh Nanda
Original assignee: Gen Electric
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2010-10-11
Publication date: 2015-05-29
Also published as: US20110088379A1; CN102042048A; JP6017755B2; CN102042048B; CH701954A2; JP2011085134A; DE102010038020A1

Abstract

Ein Abgasdiffusor enthält einen Grundkörper (202), der aufweist: einen Einlass (211), der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden; eine äussere Wand (206); eine innere Wand (204); und ein stromabwärts des Einlasses gelegenes Ende (212). Dabei ist es vorgesehen, dass die innere Wand in Abgasströmungsrichtung durch den Abgasdiffusor von einem Eintrittsort ausgehend zu dem Ende eine kontinuierliche Krümmung bildet und/oder dass die äussere Wand einen in Abgasströmungsrichtung durch den Abgasdiffusor gekrümmten Abschnitt aufweist, der sich ausgehend von einem Eintrittsort an der äusseren Wand zu einer Stelle stromabwärts des Eintrittsortes an der äusseren Wand erstreckt. Der Diffusor kann ferner einen weiteren Körper (104) enthalten, der mit dem Ende des Grundkörpers verbunden ist.An exhaust gas diffuser includes a body (202) having: an inlet (211) adapted to be connected to a gas turbine; an outer wall (206); an inner wall (204); and an end (212) located downstream of the inlet. It is provided that the inner wall in the exhaust gas flow direction through the exhaust diffuser from an entry point to the end forms a continuous curvature and / or that the outer wall has a curved in the exhaust gas flow direction through the exhaust diffuser section extending from an entry point at the outer wall extends to a point downstream of the entry location on the outer wall. The diffuser may further include another body (104) connected to the end of the body.

Description

Beschreibung description

Hintergrund zu der Erfindung Background to the invention

[0001 ] Die hier beschriebene Erfindung betrifft Diffusoren für den Einsatz in Gasturbinen. The invention described here relates to diffusers for use in gas turbines.

[0002] Typische Gasturbinen enthalten einen Diffusorkonus oder Diffusor, der an der Schaufel der letzten Stufe des Rotors angebracht ist. Der Diffusor dient im Wesentlichen dazu, den statischen Druck des Abgases durch eine Verringerung der kinetischen Energie des Abgases zu steigern. Allgemein kann dies durch eine Vergrösserung der Querschnittsfläche des Diffusors in Richtung des Abgasmassenstroms erreicht werden. Typical gas turbines include a diffuser cone or diffuser which is attached to the blade of the last stage of the rotor. The diffuser essentially serves to increase the static pressure of the exhaust gas by reducing the kinetic energy of the exhaust gas. In general, this can be achieved by increasing the cross-sectional area of the diffuser in the direction of the exhaust gas mass flow.

[0003] Selbstverständlich sind Diffusoren nicht uneingeschränkt effizient. Eine Quelle von Verlusten und der Erzeugung von Turbulenz in Abgasdiffusoren ergibt sich aus der Wechselwirkung der Strömung mit Streben und Inspektionsöffnungen. Die Streben sind strukturelle Elemente, die die Rotorlast von einem Zentrum auf ein Aussengehäuse (bzw. eine äussere Wand) des Diffusors übertragen, wobei das Aussengehäuse anschliessend die Last auf ein Fundament überträgt. Aerodynamisch bilden Streben Hindernisse zwischen der inneren und äusseren Wand des Diffusors. Die innere Wand umgibt gewöhnlich einen Abschnitt der Rotorwelle und andere in Frage kommende Elemente. Of course, diffusers are not fully efficient. One source of losses and generation of turbulence in exhaust diffusers results from the interaction of the flow with struts and inspection ports. The struts are structural elements that transmit the rotor load from a center to an outer casing (or outer wall) of the diffuser, the outer casing then transferring the load to a foundation. Aerodynamically, struts form obstacles between the inner and outer walls of the diffuser. The inner wall usually surrounds a portion of the rotor shaft and other elements in question.

[0004] Der Verlust, der aufgrund der Wechselwirkung der Strömung mit Streben hervorgerufen wird, wird bei hohen Machzahlen an dem Turbinenauslass möglicherweise noch gesteigert, was durch Turbinenbetriebsbedingungen grossen Massendurchsatzes und durch Strömungsverteilungen gefördert werden kann, die einen grossen Teil der Strömung in der Nähe des Nabenströmungspfads konzentrieren. Streben sind gewöhnlich in der Nähe des Diffusoreinlasses angeordnet, wo sich konstruktionsmässig der Bereich des grössten Diffusionsgradienten befindet. Folglich kann ein in diesem Bereich auftretender Verlust sich entscheidend auf die Leistung und das akustische Verhalten des gesamten Diffusorsystems auswirken. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, einen verbesserten Grundkörper eines Abgasdiffusors bzw. einen verbesserten Abgasdiffusor anzugeben, der eine vergrösserte Querschnittsfläche aufweist, aufgrund deren durch Streben verursachte Turbulenzen verringert werden, ohne dabei den Aussendurchmesser der äusseren Wand des Grundkörpers bzw. des Abgasdiffusors zu erweitern. The loss caused by the interaction of the flow with struts may be further increased at high Mach numbers at the turbine outlet, which may be promoted by turbine operating conditions of large mass flow rates and flow distributions that account for a large portion of the flow near the turbine Concentrate hub flow paths. Struts are usually located near the diffuser inlet where, by design, the region of greatest diffusion gradient is located. Consequently, any loss occurring in this area can have a significant impact on the performance and acoustic performance of the entire diffuser system. Object of the present invention is therefore to provide an improved body of an exhaust diffuser or an improved exhaust diffuser having an enlarged cross-sectional area, due to their turbulence caused by struts are reduced without extending the outer diameter of the outer wall of the body or the exhaust diffuser ,

Kurzbeschreibung der Erfindung Brief description of the invention

[0005] Gemäss der Erfindung wird diese Aufgabe durch einen Grundkörper eines Abgasdiffusors für ein Gasturbinensystem gelöst, der eine äussere Wand und eine von der äusseren Wand beabstandete innere Wand aufweist, wobei die innere Wand in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgasdiffusor eine kontinuierliche Krümmung zwischen einem Eintrittsort an der inneren Wand und einem Ende des Grundkörpers bildet und/oder wobei die äussere Wand einen in Abgasströmungsrichtung durch den Abgasdiffusor gekrümmten Abschnitt aufweist, der sich ausgehend von einem Eintrittsort an der äusseren Wand zu einer Stelle stromabwärts des Eintrittsortes an der äusseren Wand erstreckt. According to the invention, this object is achieved by a main body of an exhaust gas diffuser for a gas turbine system having an outer wall and a wall spaced from the outer wall inner wall, wherein the inner wall in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas diffuser a continuous curvature between a Entry point forms on the inner wall and one end of the body and / or wherein the outer wall has a curved in the exhaust gas flow direction through the exhaust gas diffuser extending from an entry point on the outer wall to a point downstream of the entry location on the outer wall.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung wird ferner durch einen Abgasdiffusor gelöst, der einen erfindungsgemässen Grundkörper mit einem Einlass aufweist, der dazu eingerichtet ist, mit einer Gasturbine verbunden zu werden. Der Abgasdiffusor weist ferner einen weiteren Körper auf, der mit dem Ende des Grundkörpers verbunden ist. The object of the invention is further achieved by an exhaust gas diffuser having a base body according to the invention with an inlet which is adapted to be connected to a gas turbine. The exhaust gas diffuser further includes another body connected to the end of the main body.

[0007] Die Aufgabe der Erfindung wird ausserdem durch ein Gasturbinensystem gelöst, das eine Gasturbine und einen erfindungsgemässen Abgasdiffusor bzw. einen Abgasdiffusor mit einem erfindungsgemässen Grundkörper umfasst. The object of the invention is also achieved by a gas turbine system comprising a gas turbine and an inventive exhaust diffuser or an exhaust diffuser with a basic body according to the invention.

[0008] Diese und andere Merkmale werden anhand der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verständlicher. These and other features will become more apparent from the following description taken in conjunction with the drawings.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

[0009] Die vorausgehend erwähnten und sonstige Merkmale und Vorteile der Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Figuren verständlich: The foregoing and other features and advantages of the invention will become apparent upon reading the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which:

[0010] Fig. 1 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors nach dem Stand der Technik; Fig. 1 shows a cutaway side view of a diffuser according to the prior art;

[0011 ] Fig. 2 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors gemäss einem Ausführungsbeispiel; Fig. 2 shows a cutaway side view of a diffuser according to an embodiment;

[0012] Fig. 3 zeigt die kinetische Turbulenzenergie, die in den in Fig. 1 dargestellten Diffusoren vorliegen kann; Fig. 3 shows the kinetic turbulence energy which may be present in the diffusers illustrated in Fig. 1;

[0013] Fig. 4 zeigt die kinetische Turbulenzenergie, die in den in Fig. 2 gezeigten Diffusoren vorhanden sein kann; Fig. 4 shows the kinetic turbulence energy which may be present in the diffusers shown in Fig. 2;

[0014] Fig. 5 zeigt einen Graph, der die Turbulenzintensitätsänderung über die Spanne des Radius an dem Grundkörperende veranschaulicht; Fig. 5 is a graph illustrating turbulence intensity variation over the span of the radius at the base end;

[0015] Fig. 6 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht eines weiteren Diffusors gemäss einem Ausführungsbeispiel; [0016] Fig. 7 zeigt eine aufgeschnittene Seitenansicht noch eines Diffusors gemäss einem Ausführungsbeispiel; Fig. 6 shows a cutaway side view of another diffuser according to an embodiment; Fig. 7 shows a cutaway side view of a diffuser according to an embodiment;

[0017] Fig. 8 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in Fig. 2 gezeigt ist; und [0018] Fig. 9 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in Fig. 7 gezeigt ist. Fig. 8 illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in Fig. 2; and Figure 9 illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in Figure 7.

2 [0019] Die detaillierte Beschreibung erläutert mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung zusammen mit Vorteilen und Merkmalen. [0019] The detailed description, with reference to the drawings, illustrates embodiments of the invention together with advantages and features.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung Detailed description of the invention

[0020] Gemäss der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungspfadbereich in dem Strebenkanal zwischen der inneren und der äusseren Wand des Grundkörpers des Abgasdiffusors durch eine Gestaltung des Innenzylinders (bzw. der inneren Wand) des Grundkörpers gezielt modifiziert. Diese Gestaltung des Strömungspfades wird erzielt, indem die maximal mögliche Öffnung des Abschnitts minimalen Querschnitts in dem Diffusor, der sich bei der maximalen Strebendicke befindet, zu erreichen versucht wird, wobei eine gezielte Änderung stromaufwärts und stromabwärts der Strebe eine Gestalt des Strömungspfades der inneren Wand erzeugt, und häufig durch Strömungsabriss von Wänden begrenzt ist. Das Grundkörperende ist die Funktion des Radius des Grundkörpers und des Winkels der Diffusorinnenwand. In ähnlicher Weise kann alternativ oder zusätzlich auch die äussere Wand des Grundkörpers bzw. das Gehäuse des Diffusors gestaltet werden, indem der Radius des Endes der äusseren Wand eingehalten wird und eine Funktion der radialen Verwirbelung ist. Insbesondere und im Gegensatz zum Stand der Technik, bei der die innere Wand einen oder mehrere «ebene» Abschnitte aufweist, ist die innere Wand so gestaltet sein, dass die innere Wand von dem Einlass zu einem Ende des Grundkörpers des Diffusors in Strömungsrichtung des Abgases durch den Grundkörper kontinuierlich gekrümmt ist. Hieraus ergibt sich eine geringere Behinderung durch die Strebe und somit eine Verringerung des Verlusts durch die Strebe. Alternativ oder zusätzlich kann auch die äussere Wand stromaufwärts der Streben derart gestaltet sein, dass sie in Strömungsrichtung des Abgases durch den Abgasdiffusor einen gekrümmten Abschnitt aufweist, der sich ausgehend von einem Eintrittsort an der äusseren Wand zu einer Stelle stromabwärts des Eintrittsortes an der äusseren Wand erstreckt, mit der Folge, dass die Machzahl quer über die Streben verringert wird, ohne die Aussenwanddurchmesser zu erweitern, die möglicherweise aufgrund von Versandbeschränkungen einer Turbine begrenzt sind. According to the present invention, a flow path area in the strut channel between the inner and the outer wall of the body of the exhaust diffuser is selectively modified by a design of the inner cylinder (or the inner wall) of the body. This flowpath design is achieved by attempting to achieve the maximum possible opening of the minimum cross-sectional portion in the diffuser located at the maximum strut thickness, with a targeted change creating a shape of the inner wall flowpath upstream and downstream of the strut , and is often limited by stalling of walls. The body end is the function of the radius of the body and the angle of the diffuser inner wall. Similarly, alternatively or additionally, the outer wall of the body or the housing of the diffuser can be designed by the radius of the end of the outer wall is maintained and is a function of the radial turbulence. In particular, and in contrast to the prior art, in which the inner wall has one or more "flat" sections, the inner wall is designed so that the inner wall from the inlet to one end of the main body of the diffuser in the flow direction of the exhaust gas through the main body is continuously curved. This results in less obstruction by the strut and thus a reduction in loss by the strut. Alternatively, or additionally, the outer wall upstream of the struts may be configured to have a curved portion in the flow direction of the exhaust gas through the exhaust gas diffuser extending from an entry location on the outer wall to a location downstream of the entry location on the outer wall , with the result that the Mach number is reduced across the struts without expanding the outer wall diameters, which may be limited due to shipping restrictions of a turbine.

[0021 ] Fig. 1 zeigt eine abgeschnittene Seitenansicht eines Diffusors aus dem Stand der Technik 100. Der Diffusor 100 enthält einen Grundkörper 102 und einen weiteren Körper 104. Der Grundkörper 102 und der zweite Körper 104 können getrennt ausgebildet werden und im Einsatz miteinander vereinigt werden. Der Grundkörper 102 weist eine Rotorkammer 106 auf. Die Rotorkammer 106 umgibt im Betrieb einen Abschnitt eines (nicht gezeigten) Gasturbinenrotors. Fig. 1 shows a cut-away side view of a prior art diffuser 100. The diffuser 100 includes a base body 102 and another body 104. The base body 102 and the second body 104 may be formed separately and united together in use , The main body 102 has a rotor chamber 106. The rotor chamber 106 in operation surrounds a portion of a gas turbine rotor (not shown).

[0022] Der Grundkörper 102 weist eine innere Wand 108 auf, die aus mindestens einer ersten Ebene 1 10 und einer zweiten Ebene 1 12 gebildet ist. Die erste Ebene 1 10 erstreckt sich von der Nabe 1 14 zu der zweiten Ebene 1 12. Die zweite Ebene 1 12 erstreckt sich von der ersten Ebene 1 10 zu dem Grundkörperende 118. Der zweite Körper 104 kann einen zylindrischen Kanal aufweisen, der dazu eingerichtet ist, einen Abschnitt eines Rotors oder andere Elemente zu umgeben. The base body 102 has an inner wall 108, which is formed from at least a first plane 1 10 and a second plane 1 12. The first plane 110 extends from the hub 114 to the second plane 112. The second plane 112 extends from the first plane 110 to the body end 118. The second body 104 may have a cylindrical channel adapted thereto is to surround a section of a rotor or other elements.

[0023] Der Grundkörper 102 kann ferner eine oder mehrere Streben 120 enthalten, die zwischen der inneren Wand 108 und der äusseren Wand 122 ausgebildet sind. Die Strebe 120 dient dazu, die innere Wand 108 und die äussere Wand 122 in einer festen Beziehung zueinander zu halten. Die Anzahl von Streben 120 ist variabel und beträgt üblicherweise vier, fünf oder zehn. The body 102 may further include one or more struts 120 formed between the inner wall 108 and the outer wall 122. The strut 120 serves to hold the inner wall 108 and the outer wall 122 in a fixed relationship to each other. The number of struts 120 is variable and is usually four, five or ten.

[0024] Der Diffusor 100 hat einen Diffusoreinlass 124, der gewöhnlich mit einem (nicht gezeigten) Auslass der Gasturbine verbunden ist, und einen Diffusorauslass 126, der mit einem Schalldämpfer verbunden sein kann. Während der in Fig. 1 gezeigte Entwurf im Allgemeinen möglicherweise in der Lage ist, den beabsichtigten Zweck zu erfüllen, kann eine solche Konstruktion einen oder mehrere Nachteile aufweisen. Erstens ist die Wechselwirkung der Strömung mit den Streben 120, wie im Vorausgehenden beschrieben, eine Hauptursache des Auftretens von Verlusten und Turbulenzen in Abgasdiffusoren. Diese Verluste können mit hohen Machzahlen an dem Turbinenauslass (z.B. hohen Eintrittsgeschwindigkeiten an dem Diffusoreinlass 124) gesteigert werden, was durch Hochstrombetriebsbedingungen und Strömungsverteilungen, die einen grossen Teil der Strömung in der Nähe des Strömungspfads der Nabe 1 14 konzentrieren, gefördert werden kann. Die Streben 120 sind gewöhnlich in der Nähe des Diffusoreinlasses 124 angeordnet, der konstruktionsmässig der Bereich des grössten Diffusionsgradienten ist. Folglich kann sich jeder in diesem Bereich entstandene Verlust massgebend auf die Leistung des gesamten Diffusorsystems auswirken. The diffuser 100 has a diffuser inlet 124, which is usually connected to an outlet (not shown) of the gas turbine, and a diffuser outlet 126, which may be connected to a muffler. While the design shown in Figure 1 may generally be capable of accomplishing its intended purpose, such a construction may have one or more disadvantages. First, the interaction of the flow with the struts 120, as described above, is a major cause of the occurrence of losses and turbulence in exhaust gas diffusers. These losses can be increased with high Mach numbers at the turbine outlet (e.g., high entrance velocities at the diffuser inlet 124), which can be promoted by high flow operating conditions and flow distributions that concentrate a large portion of the flow near the flowpath of the hub 14. The struts 120 are usually located near the diffuser inlet 124, which by design is the region of greatest diffusion gradient. Consequently, any loss incurred in this area can have a significant impact on the performance of the entire diffuser system.

[0025] Darüber hinaus beeinflusst das Auftreten grosser Turbulenzen das akustische Verhalten der Schalldämpferkonstruktion des Abgasdiffusors nachteilig und kann Schwingungen an einem ersten Bündel von Rohren eines mit dem Diffusor verbundenen Abhitzedampferzeugers (HRSG: Heat Recovery Steam Generator) anregen oder eine zusätzliche Ursache dafür sein, was zu einem Ausfall des HRSG führen kann. In addition, the occurrence of large turbulence adversely affects the acoustic performance of the muffler structure of the exhaust gas diffuser and may excite or be an additional cause of what is happening on a first bundle of pipes of a heat recovery steam generator (HRSG) connected to the diffuser can lead to a failure of the HRSG.

[0026] Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Diffusors 200. Der Diffusor 200 enthält einen Grundkörper 202 und einen weiteren Körper 104. Im Betrieb strömt Abgas aus der Gasturbine durch den Diffusor in der mit dem Pfeil A bezeichneten Richtung. In dieser Beschreibung, befindet sich ein Objekt «stromabwärts» eines anderen Objekts oder einer Position, falls es davon in Richtung des Pfeils A beabstandet ist, und es befindet sich «stromaufwärts», falls es in einer gegenüber dem Pfeil A entgegengesetzten Richtung davon beabstandet ist. 2 shows an exemplary embodiment of a diffuser 200 according to the invention. The diffuser 200 contains a main body 202 and a further body 104. In operation, exhaust gas flows from the gas turbine through the diffuser in the direction indicated by the arrow A. In this description, an object is "downstream" of another object or position if it is spaced therefrom in the direction of the arrow A, and it is "upstream" if it is spaced apart in a direction opposite to the arrow A. ,

[0027] Der zentrale Grundkörper 202 weist eine innere Wand 204 und eine äussere Wand 206 auf. Die Streben 120 halten die innere Wand 204 in einer festen Beziehung zu der äusseren Wand 206. Die innere Wand 204 bildet eine innere Kammer 208, durch die ein Abschnitt eines Rotors hindurchgeführt sein kann. Der zentrale Grundkörper 202 weist ausserdem einen Einlass 21 1 auf. The central body 202 has an inner wall 204 and an outer wall 206. The struts 120 hold the inner wall 204 in a fixed relationship to the outer wall 206. The inner wall 204 forms an inner chamber 208 through which a portion of a rotor may pass. The central body 202 also has an inlet 21 1.

3 [0028] Gemäss einem Ausführungsbeispiel verläuft die innere Wand 204 gekrümmt von einem Eintrittsort 210 an der inneren Wand zu einem Grundkörperende 212. In einem Ausführungsbeispiel ist die Krümmung eine kontinuierliche Krümmung. In einem Ausführungsbeispiel weist die Krümmung ein Keilprofil auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die innere Wand ausgehend von einem geringen Abstand stromabwärts des Eintrittsorts 210 an der inneren Wand zu dem Grundkörperende 212 gekrümmt. In einem Ausführungsbeispiel bildet die innere Wand 204 eine kontinuierliche Krümmung von dem Grundkörperende 212 zu einem Bereich stromaufwärts einer oder mehrerer Streben 120. In einem Ausführungsbeispiel kann sich der Eintrittsort 210 an der inneren Wand an einer beliebigen Stelle zwischen dem Einlass 21 1 und den Streben 120 befinden. [0028] According to one embodiment, the inner wall 204 curves from an entry location 210 on the inner wall to a body end 212. In one embodiment, the curvature is a continuous curve. In one embodiment, the curvature has a spline profile. In one embodiment, the inner wall is curved from a small distance downstream of the entry 210 on the inner wall to the base end 212. In one embodiment, the inner wall 204 forms a continuous curvature from the body end 212 to an area upstream of one or more struts 120. In one embodiment, the entry location 210 on the inner wall may be anywhere between the inlet 21 1 and the struts 120 are located.

[0029] Die erste Ebene 110 und eine zweite Ebene 112 aus Fig. 1 sind als Gegensatz (gestrichelt gezeichnet) dargestellt und sind nicht Teil des in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiels. Wie aus Fig. 2 zu entnehmen ist, vergrössert die Gestaltung einer gekrümmten inneren Wand 204 die Querschnittsfläche des Grundkörpers 202. Dies kann in einem Ausführungsbeispiel eine durch die Streben 120 verursachte Turbulenz verringern, ohne den Aussendurchmesser der äusseren Wand 206 gegenüber dem nach dem Stand verwendeten zu erweitern. In noch einem Ausführungsbeispiel kann die Verwendung einer gekrümmten inneren Wand 204 erlauben, die äussere Wand 206 mit einem kleineren Durchmesser zu bemessen. The first level 110 and a second level 112 of FIG. 1 are shown as opposite (shown in dashed lines) and are not part of the embodiment shown in FIG. As can be seen in Figure 2, the configuration of a curved inner wall 204 increases the cross-sectional area of the body 202. In one embodiment, this may reduce turbulence caused by the struts 120 without the outer diameter of the outer wall 206 over that used in the prior art to expand. In yet another embodiment, the use of a curved inner wall 204 may allow the outer wall 206 to be sized with a smaller diameter.

[0030] Fig. 3 und 4 veranschaulichen die kinetische Turbulenzenergie (k) in Grundkörpern 102 und 202, wie sie in Fig. Figs. 3 and 4 illustrate the kinetic turbulence energy (k) in bases 102 and 202 as shown in Figs.

1 und 2 gezeigt sind. Der Wert k ist durch die Schwankungen der Geschwindigkeit definiert und hat die Dimensionen (Länge<2>/Zeit<2>). 1 and 2 are shown. The value k is defined by the variations of the velocity and has the dimensions (length <2> / time <2>).

In Fig. 3 und 4 ist der Bereich, der die niedrigsten k-Werte (in der Grössenordnung von 0,0 bis 100 m<2>/s<2>) aufweist, mit Bezugszeichen 302 bezeichnet. Wie ersichtlich, ist der Bereich mit dem niedrigen k-Wert in Fig. 3 wesentlich kleiner als in Fig. 4. Dementsprechend ist die kinetische Turbulenzenergie des Grundkörpers 202 geringer als diejenige des Grundkörpers 102. Geringere k-Werte bedeuten geringere Verluste. In Figs. 3 and 4, the region having the lowest k values (of the order of 0.0 to 100 m 2 / s 2) is designated 302. As can be seen, the region with the low k value in FIG. 3 is substantially smaller than in FIG. 4. Accordingly, the kinetic turbulence energy of the main body 202 is less than that of the main body 102. Lower k values mean lower losses.

[0031 ] Fig. 5 zeigt die Änderung der Turbulenzintensität (x-Achse) abgetragen an der Spanne der Länge eines Grundkörpers (y-Achse). Die Turbulenzintensität ist in diesem Beispiel definiert mit: I = ( (k<2>/3)<1/2>) / (mittlere Geschwindigkeit an dem Einlass des Grundkörpers). In Fig. 5 repräsentiert die Krümmung 402 die Intensität I für den Grundkörper 102, und die Krümmung 404 repräsentiert die Intensität I für den Grundkörper 202. Für beide Krümmungen 402 und 404 enthält der zentrale Grundkörper 10 Streben 120. Fig. 5 shows the change of the turbulence intensity (x-axis) plotted on the span of the length of a main body (y-axis). The turbulence intensity in this example is defined as: I = ((k <2> / 3) <1/2>) / (average velocity at the inlet of the main body). In FIG. 5, the curvature 402 represents the intensity I for the base body 102, and the curvature 404 represents the intensity I for the base body 202. For both curvatures 402 and 404, the central base body 10 includes struts 120.

[0032] Ausserdem zeigten experimentell gewonnene Daten, dass der Erholungsfaktor (RF, Recover Factor) des in Fig. In addition, experimentally obtained data showed that the recovery factor (RF, Recover Factor) of FIG.

2 gezeigten Ausführungsbeispiels grösser ist als derjenige von Fig. 1. In der Tat haben experimentelle Daten zwischen dem erfindungsgemässen Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 und dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel eine Steigerung des RF von über 10 Prozent nachgewiesen. In fact, experimental data between the inventive embodiment of FIG. 2 and the example shown in FIG. 1 has demonstrated an increase in RF of over 10 percent.

[0033] Fig. 6 zeigt noch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemässen Diffusors 502. In diesem Ausführungsbeispiel weist der Diffusor 502 eine modifizierte äussere Wand 504 auf. Die Aussenwand 504 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit einem gekrümmten Abschnitt 506 ausgebildet. Der gekrümmte Abschnitt 506 erstreckt sich von einem Eintrittsort 508 an der äusseren Wand des Diffusors 502 zu einer Stelle stromabwärts des Eintrittsort 508 an der äusseren Wand. In einem Ausführungsbeispiel weist der Diffusor 502 einen Radius r auf, und der gekrümmte Abschnitt 506 erstreckt sich nicht über einen Abstand r von der Mittelachse 510 des Diffusors hinaus. In einem Ausführungsbeispiel kann die innere Wand 512 gestaltet sein, wie es in Fig. 1 oder Fig. 2 gezeigt ist. Fig. 6 shows yet another embodiment of an inventive diffuser 502. In this embodiment, the diffuser 502 has a modified outer wall 504 on. The outer wall 504 is formed in this embodiment with a curved portion 506. The curved portion 506 extends from an entrance location 508 on the outer wall of the diffuser 502 to a location downstream of the entry location 508 on the outer wall. In one embodiment, the diffuser 502 has a radius r, and the curved portion 506 does not extend a distance r from the central axis 510 of the diffuser. In one embodiment, the inner wall 512 may be configured as shown in FIG. 1 or FIG. 2.

[0034] Fig. 7 zeigt in einer abgeschnittenen Seitenansicht noch ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Der in Fig. 7 gezeigte Diffusor 600 weist einen Grundkörper 602 und einen weiteren Körper 604 auf. Der weitere Körper 604 kann getrennt von dem Grundkörper 602 ausgebildet sein und mit diesem entlang einer Eintrittsseitenwand 605 des weiteren Abschnitts 604 verbunden sein. Selbstverständlich kann der Grundkörper 602 und der weitere Körper Fig. 7 shows in a cutaway side view still another embodiment of the present invention. The diffuser 600 shown in FIG. 7 has a main body 602 and another body 604. The further body 604 may be formed separately from the base body 602 and connected thereto along an entrance side wall 605 of the further portion 604. Of course, the main body 602 and the other body

604 auch einstückig ausgebildet sein. 604 also be integrally formed.

[0035] Der weitere Körper 604 weist eine innere Wand 612 auf. In einem Ausführungsbeispiel ist die Eintrittsseitenwand The further body 604 has an inner wall 612. In one embodiment, the entrance sidewall is

605 über die Krümmung 606 mit der inneren Wand 612 verbunden. Dies steht im Gegensatz zu dem exemplarisch durch gestrichelte Linien 608 und 610 veranschaulichten Stand der Technik. 605 connected via the curvature 606 with the inner wall 612. This is in contrast to the prior art exemplified by dashed lines 608 and 610.

[0036] Vorteilhafterweise wird die kinetische Turbulenzenergie, wie in Fig. 8 und Fig. 9 gezeigt, durch die Verwendung der Krümmung 606 reduziert. Fig. 8 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie in einem Diffusor, wie er in Fig. 2 gezeigt ist. Fig. 8 weist Bereiche 702, 704 und 706 auf, die Bereiche gesteigerter Turbulenz sind. Fig. 9 veranschaulicht die kinetische Turbulenzenergie im Falle eines Diffusors, der einen weiteren Körper 604 aufweist, wie er in Fig. 7 gezeigt ist. Der in Fig. 9 gezeigte Diffusor weist keine Bereiche 702, 704 und 706 auf. Dies zeigt, dass in der Konstruktion, in der ein wie in Fig. 7 gezeigter weiterer Körper 604 verwendet wird, weniger Turbulenz vorhanden ist. Advantageously, as shown in FIGS. 8 and 9, the kinetic turbulence energy is reduced by the use of the curvature 606. FIG. 8 illustrates the kinetic turbulence energy in a diffuser as shown in FIG. 2. FIG. 8 has regions 702, 704, and 706 that are regions of increased turbulence. FIG. 9 illustrates the kinetic turbulence energy in the case of a diffuser having another body 604 as shown in FIG. The diffuser shown in FIG. 9 has no regions 702, 704 and 706. This shows that there is less turbulence in the design in which a further body 604 as shown in Fig. 7 is used.

[0037] Es versteht sich, dass die unterschiedlichen Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zur Vereinfachung der Erläuterung getrennt gezeigt sind. Weiter ist selbstverständlich, dass jedes hierin beschriebene Ausführungsbeispiel mit jedem der übrigen hier dargelegten Ausführungsbeispiele kombiniert werden kann. Beispielsweise kann die gekrümmte innere Wand nach Fig. 2 mittels eines Diffusors durchgeführt sein, der eine gekrümmte äussere Wand aufweist, wie sie in Fig. 6 gezeigt ist. Darüber hinaus kann eines oder beide der in Fig. 2 und 6 gezeigten Ausführungsbeispiele einen weiteren Körper aufweisen, wie er in Fig. 7 gezeigt ist. It is understood that the different embodiments of the present invention are shown separately for ease of explanation. It is further understood that each embodiment described herein may be combined with any of the other embodiments set forth herein. For example, the curved inner wall of FIG. 2 may be implemented by means of a diffuser having a curved outer wall as shown in FIG. Moreover, one or both of the embodiments shown in Figs. 2 and 6 may have another body as shown in Fig. 7.

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Claims

An exhaust gas diffuser includes a body 202, 602 having: an inlet 21 1 adapted to be connected to a gas turbine; an outer wall 206, 504; an inner wall 204; and an end 212 located downstream of the inlet. It is contemplated that the inner wall forms a continuous curve in the exhaust gas flow direction through the exhaust gas diffuser from an entrance location on the inner wall to the end and / or that the outer wall projects through in the exhaust flow direction Exhaust diffuser curved portion which extends from an entry point on the outer wall to a point downstream of the entry point on the outer wall. The diffuser may further include another body 104, 604 connected to the end of the body. LIST OF REFERENCE NUMBERS [0039] 100, 200, 502, 600 102, 202, 602 104, 604 106 108, 204, 512, 612 110 112 114 118, 212 120 122, 206, 504 124, 211 126 208 210 302 402, 404 506 508 510 605 606 608, 610 702, 704, 706 Diffuser according to the prior art body Another body rotor chamber Inner wall First floor second level hub Main body end struts Outer wall Diffuser inlet Diffuser outlet Inner chamber Entry point on the inner wall Valve area with low k-value curvature Curved section of the outer wall. Entry point at the outer wall. Centerline sidewall Curved section of the other body Dotted lines Areas of increased turbulence claims A base body (202, 602) of an exhaust gas diffuser for a gas turbine system, the base body comprising: an outer wall (206, 504); and an inner wall (204) spaced from the outer wall, wherein the inner wall in the exhaust gas flow direction (A) through the exhaust diffuser forms a continuous curvature between an entry site (210) on the inner wall and an end (212) of the main body and / or wherein the outer wall has an exhaust gas flow 5 direction (A) through the exhaust diffuser curved portion (506) extending from an entry point (508) on the outer wall to a location downstream of the entry location on the outer wall.

The base body of claim 1, including: one or more struts (120) mounted between the inner wall and the outer wall.

3. The body of claim 2, wherein the entry site (210) on the inner wall and / or the entry site (508) on the outer wall is upstream of the one or more struts, and wherein the end (212) is downstream of the struts located.

An exhaust gas diffuser for a gas turbine system, comprising: a body (202, 602) according to any one of claims 1 to 3, having an inlet (211) adapted to be connected to a gas turbine; and another body (104, 604) connected to the end (212) of the body.

5. An exhaust diffuser according to claim 4, wherein the further body (604) has an entrance side wall (605) which is connected via a curved portion (606) with an inner wall (612) of the further body (604).

6. Exhaust diffuser according to claim 4, wherein the base body in the inner wall has a recess to receive a rotor of a gas turbine.

7. A gas turbine system comprising a gas turbine and an exhaust gas diffuser having a base body according to claim 1.

8. A gas turbine system comprising a gas turbine and an exhaust gas diffuser according to claim 4. 6